Neste trabalho, construiu-se linhagens recombinantes de Pichia pastoris e Saccharomyces cerevisiae que expressam hormônio de crescimento de carpa (GHc). Para expressão de GHc em P. pastoris, o cDNA de GH de H. molitrix foi inserido nos plasmídeos pHILD2 (expressão interna) e pPIC9K (expressão e secreção) dando origem aos plasmídeos pHILGH e pPICGH. A expressão em S. cerevisiae foi controlada pelo promotor e terminador PGK e o cassete de expressão ladeado por elementos δ, dirigindo a integração em múltiplas cópias no genoma. Ainda, construiu-se um plasmídeo onde a sequência de GHc foi fusionada a uma sequência sinal modificada (sequência sinal de proteína de K. lactis, fusionada a fragmento de interleucina humana), visando altos níveis de secreção. Os transformantes (expressão interna) expressaram proteína recombinante de 20 KDa. Um dos transformantes de S. cerevisiae secreta cerca de 1045,0 µg/ml de GHc. As proteínas recombinantes apresentaram hibridação específica contra anticorpo anti GHc comercial indicando que são biologicamente ativas. / In order to achieve the GHc expression in P. pastoris, the GH cDNA of the carp H. molitrix was introduced into the plasmids pHILD2 (intracellular expression) and pPIC9K (expression and secretion) originating the plasmids pHILGH and pPICGH. The expression of the GH cassette in S. cerevisiae was driven by the PGK promoter and terminator and the cassette was flanked by the δ elements, which provides multiple copies integration into the genome. We also constructed a plasmid in which the GHc cDNA sequence was fused to a modified signal sequence (K. lactis protein signal sequence fused to a human interleukin fragment), aiming to reach high levels of secretion. P. pastoris and S. cerevisiae recombinant clones (intracellular expression) were shown to express a recombinant protein of 20 KDa. One of the S. cerevisiae recombinant clones secreted around 1045.0 µg/ml of GHc. The recombinant proteins showed hybridization of the bands against antibody anti-commercial GHc. The results indicate that the recombinant proteins produced in this work are biologically active.

Um dos eventos mais importantes durante o amadurecimento da banana é a degradação do amido, concomitante com o acúmulo de açúcares solúveis. Várias enzimas, que supostamente atuam na degradação do amido, já tiveram sua atividade/proteína específica detectadas nesta fase na banana. Entre elas a α-amilase, a β-amilase, as amido-fosforilases, as α-glicosidases e as isoamilases. A síntese do amido e, normalmente, sua degradação, ocorrem dentro do amiloplasto, que possui duas membranas a serem transpostas antes do acesso ao grânulo de amido ou aos produtos da ação de outras enzimas. Uma das isoformas da β-amilase em banana possui um peptídeo de transporte predito em sua seqüência, necessário para transpor estas membranas e entrar no amiloplasto. Uma maneira de contornar a dificuldade em estabelecer a real importância de cada enzima na degradação do amido é isolar os grânulos e as enzimas e submetê-lo à atividade seqüencial das enzimas supostamente responsáveis pela degradação. O ideal é utilizar a enzima endógena, mas o processo de purificação de enzimas em frutos é demorado e nem sempre bom em termos de pureza, quantidade e atividade. Estudos baseados na expressão heteróloga de genes da β-amilase permitiriam melhor compreender os mecanismos de atuação dessa enzima presente na polpa da banana. Assim, foram feitos ensaios de expressão heteróloga em Pichia pastoris na tentativa de produzir essa enzima em quantidade suficiente para purificação, aplicação nos grânulos de amido e produção de anticorpos policlonais. Foram testadas várias condições de indução da proteína, tais como aeração, temperatura, pH, concentração de metanol e tempo de indução, bem como a montagem de uma nova construção gênica com tag de histidina no vetor de expressão pPICZαA com confirmação do fenótipo dos transformantes positivos. Porém, a obtenção de β-amilase recombinante com atividade não foi bem sucedida, necessitando talvez de alterações nesses padrões de indução. / One of the most important events that occurs during ripening of banana is the starch degradation concomitantly with the accumulation of soluble sugars. Several enzymes, known by acting on starch degradation, had their activity and/or specific protein detected at this stage of banana. These include the α-amylase, the β-amylase, the starch-phosphorylases, the α-glucosidase and the isoamilases. The synthesis and starch degradation occur inside of the amyloplast that contain two membranes which has to be reach before accessing the starch granule or the products of the other enzymes. One of the isoforms of β-amylase in bananas has a transit peptide predicted in the sequence, required to access the amyloplast. To establish the real importance of each enzyme in the starch degradation it is necessary to isolate the granules and enzymes and submit them to the sequential activity to confirm the supposed degradation. The idea is to use the endogenous enzyme, but the process of purification of the enzyme in fruits demands a lot of time and the results of purity, quantity and activity are not guaranteed. Studies based on heterologous expression of the β-amylase genes allow us to understand the mechanisms of action of this enzyme present in the pulp of banana. Thus, tests were carried out with heterologous expression in Pichia pastoris in order to produce this enzyme in sufficient quantity to purification, and then, applied on starch granules and produce a polyclonal antibody. We tested different conditions of protein induction such as aeration, temperature, pH, methanol concentration and induction time, as well as the new genic construction with the histidine tag with an expression vector pPICZαA confirming the phenotype of positive transformants. However, recombinant β-amylase with activity was not obtained successfully, necessitating changes in these patterns of induction.

Poldip2 est une protéine ubiquitaire initialement identifiée comme étant un partenaire de la sous unité p50 de la polymerase δ intervenant dans la réplication et la réparation de l’ADN. Depuis sa découverte en 2003, beaucoup d’autres partenaires et fonctions lui ont été attribués. Elle joue, entre autre, un rôle régulateur de l’isoforme NADPH oxydase NOX4. A ce jour, le mode d’action de cette régulation n’a pas encore été identifié. Seul fait connu est que Poldip2 augmente l’activité de NOX4 en s’associant au partenaire membranaire de NOX4, la protéine p22phox. L’association de p22phox à d’autres isoformes de NADPH Oxydase (NOX1, NOX2 ou NOX3) suggère une interaction possible entre ces derniers et Poldip2. Par ailleurs la co-localisation de NOX4 et NOX2 dans plusieurs types cellulaires, tels que les cellules du muscle lisse et l’endothélium mais également la coexpression de Poldip2 et NOX2 dans les artérioles rénale font de NOX2 un bon candidat pour l’étude de l’effet régulateur possible de Poldip2 de cet isoforme. Dans cette perspective, la protéine recombinante Poldip2 (rat) a été produite de manière hétérologue dans un système d’expression de levure P. pastoris. Grace à un vecteur d’expression spécifique de cette levure, Poldip2 est sécrété dans le milieu extracellulaire. La protéine a été purifiée à partir du milieu de culture. L’analyse de la séquence par spectrométrie de masse a permis de confirmer l’identité du Poldip2 recombinant produit par la levure. Après avoir caractérisé structuralement Poldip2 et confirmé sa capacité à augmenter l’activité de NOX4, nous avons étudié son effet sur NOX2 des phagocytes. De manière surprenante, nos études en système cell-free ont montré des propriétés inhibitrices de Poldip2 sur NOX2 avec des interactions privilégiées avec certaines des composantes du complexe oxydase. Nos résultats suggèrent que l’interaction de Poldip2 avec le complexe pourrait constituer une nouvelle voie de régulation de NOX2 en perturbant l’assemblage du complexe NADPH oxydase. / Poldip2 is an ubiquitous protein initially identified as a partner for polymerase δ p50 subunit and is involved in DNA replication and repairing. Since its discovery in 2003, many partners and functions has been assigned to it. Poldip2 is also involved in NADPH Oxidase NOX4 isoform regulation. The enhancement of NOX4 activity was attributed to Poldip2 interaction with the membrane partner p22phox. However the mechanism by which it regulates NOX4 has not been identified yet. The association of p22phox with other Nox isoform (NOX1, NOX2 or NOX3) questions the possible interaction of Poldip2 with NOX2. Furthermore the colocalization of NOX4 and NOX2 in several cell types as the smouth muscle cells and endothelium cells but also Poldip2 and NOX2 coexpression in renal arterioles, makes NOX2 a good candidate for studying the possible regulatory effect of Poldip2 on the NOX2 isoform. On this purpose the recombinant protein Poldip2 (rat) was produced in the yeast P. pastoris. Using a specific expression vector Poldip2 was secreted in the extracellular media. The protein was purified from culture media. Sequence analysis by mass spectrometry allowed to confirm the recombinant protein identity produced in yeast. After the structural characterization of poldip2 and the confirmation of its functionality on NOX4, the protein was used to study its effect on NOX2 phagocyte. Surprisingly our study on cell free assay shows that Poldip2 has inhibiting properties regarding NOX2 and interacts in a privileged manner with certain components of the NADPH Oxidase complex. Our result suggest that the interaction of Poldip2 and the complex might constitute a new regulation for NOX2 by disturbing the NADPH Oxidase assembly.

L-asparaginase (EC 3.5.1.1), a therapeutic enzyme used in the treatment of childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). Hence, the goal of this work is study the expression and evaluation of hydrolysis activity of native sequence (X12746) encoding for L-asparaginase from Erwinia chrysanthemi NCPBB1125 in the popular expression system Pichia pastoris. The sequence of asn encoded for mature protein was expressed in P. pastoris SMD1168 and X33. SDS-PAGE analysis showed recombinant L-asparaginase was secreted efficiently. Stable and high hydrolysis activity of extracellular L-asparaginase in P. pastoris SMD1168 making it a potential candidate to produce recombinant protein. After purification, a specific band whose appearance approximately 45 kDa indicating the glycosylated protein with specific activity by 6.251 Umg-1 and about 3 folds purifications. / L-asparaginase (EC 3.5.1.1), một loại enzyme được sử dụng trong điều trị bệng ung thư bạch cầu mãn tính ở trẻ em. Mục tiêu của nghiên cứu này là biểu hiện và đánh giá hoạt tính thủy phân của L-asparaginase mã hóa bởi đoạn gene (X12746) tương ứng từ Erwinia chrysanthemi NCPBB1125 được biểu hiện trong nấm men Pichia pastoris. Gene đã được cắt signal peptide và biểu hiện trong P. pastoris SMD1168 and X33. Qua phân tích kết quả điện di SDS-PAGE của môi trường sau lên men, L-asparaginase tái tổ hợp được tìm thấy trong dịch ngoại bào của P. pastoris. Với khả năng sản xuất protein có hoạt tính cao hơn so với chủng P. pastoris X33, SMD1168 được lựa chọn để biểu hiện L-asparaginase tái tổ hợp. Sau khi tinh sạch, sự xuất hiện của một băng có kích khối lượng phân tử xấp xỉ 45 kDa trên điện di SDS-PAGE cho thấy protein tái tổ hợp đã bị glycosyl hóa với hoạt tính riêng 6.251 Umg-1 và đạt độ sạch 3.471 lần.

O fragmento de anticorpo scFv foi expresso pela levedura Pichia pastoris recombinante utilizando o promotor AOX1, em presença de metanol, como fonte de carbono e como modelo de expressão. Este anticorpo é considerado uma possível alternativa para o diagnóstico e tratamento da aterosclerose. Foi realizado um estudo inicial da produção do fragmento de anticorpo e do crescimento da levedura com dois bancos de trabalho diferentes, variando a fonte de carbono (glicose e glicerol). Os resultados obtidos demonstraram que as máximas concentrações celulares e a maior produção de anticorpo foram atingidas com o estoque de trabalho mantido com glicerol como fonte de carbono e de preservação. Posteriormente, foi realizado um estudo em shaker e biorreator a partir de um planejamento fatorial completo 23 em que se estudaram as variáveis tempo de indução (24, 28 e 32 horas), temperatura de indução (10, 20 e 30°C), e concentração de indutor (metanol 0,5, 1,0 e 1,5%) sobre a variável resposta produção do fragmento de anticorpo. A única variável que apresentou efeito estatisticamente significativo, com nível de confiança de 95%, foi a concentração de indutor para os dois sistemas de produção. As melhores produções de fragmento de anticorpo foram de 27,8 mg/L em shaker e de 41,3 mg/L em biorreactor. O terceiro estudo consistiu em avaliar a produção do fragmento de anticorpo em shaker pela levedura em distintas fontes de carbono (sacarose, glicerol, glicose e sacarose/glicose 50%). Neste estudo a analise de ANOVA não apresentou diferenças estatísticas significativas. Foi realizado um estudo para melhorar a quantificação do fragmento de anticorpo visando diminuir o número de etapas para evitar perdas no processo. Após obter um novo protocolo para a quantificação, realizou-se um novo estudo para avaliar a produção com as diferentes fontes de carbono. Com a analise dos resultados observou-se que todas as fontes de carbono apresentaram efeitos estatisticamente significativos, sendo que com a sacarose se obteve a maior produção com 93,7 mg/L do fragmento de anticorpo. Estes resultados foram comparados e analisados com observações realizadas ao microscópio da levedura, que demonstraram que a melhor produção de anticorpo foi obtida no momento que a levedura apresentava diâmetros menores que 0,895 µm. Seguidamente foi realizado um estudo para determinar fontes alternativas de carbono e nitrogênio (farelo de arroz e farelo de trigo) para produzir o fragmento de anticorpo, em substituição de subtratos como peptona de caseína e casaminoacidos, a maior produção obtida neste caso foi de 27,9 mg/L quando foi trocado o casaminoacidos pelo farelo de trigo. Finalmente foi avaliado o efeito do kLa no crescimento da levedura e a produção do fragmento de anticorpo scFv, os resultados demonstraram que a melhor condição para o crescimento da levedura foi com kLa 96,12 h-1, por outro lado a melhor condição para a produção do fragmento de anticorpo foi de 12,24 h-1 com relação a produção final de 8,12 mg/L de anticorpo/ g/L de célula. / The scFv antibody fragment was expressed in the recombinant yeast Pichia pastoris by using AOX1 promoter, in the presence of methanol, as carbon source and as a model for expression. This antibody is considered as a possible alternative for the diagnosis and treatment of atherosclerosis. An initial study was conducted in the production of the antibody fragment and the growth of yeast with two different work benches, varying the carbon source (glucose and glycerol). The results showed that the maximum cell concentrations, and the best production of antibody, were achieved with maintained working stock with glycerol as carbon source and preservation. Subsequently, a study was conducted in shaker and bioreactor, from a 23 complete factorial design, in which the variables studied were time induction (24, 28 and 32 hours), temperature induction (10, 20 and 30°C), and concentration of the inducer (methanol 0.5, 1.0 and 1.5%) on the response variable production of the antibody fragment. The only variable that had a statistically significant effect, with a confidence level of 95%, was the inducer concentration for the two production systems. The best yields of the antibody fragment were of 27.8 mg/L for the shaker and 41.3 mg/L for the bioreactor. The third study was to assess the production of antibody fragment into the shaker with the yeast at different carbon sources (sucrose, glycerol, glucose and sucrose/glucose 50%). In this study, the ANOVA analysis did not show statistically significant differences. We conducted planning to improve the quantification of antibody fragment in order to decrease the number of steps to avoid losses in the process. After getting a new protocol for the quantification, we carried out a new study to evaluate the production with different carbon sources. The analysis of the results showed that all carbon sources showed statistically significant effects, among which sucrose obtained the highest yield 93.7 mg/L of antibody fragment. These results were compared and analyzed through a microscope, in which with the observations of the yeast showed that the best antibody production was obtained when the yeast had sizes smaller than 0.895 microns. Next, a study was conducted to determine alternative sources of carbon and nitrogen (rice bran and wheat bran) to produce the antibody fragment in place of casein peptone and casaminoacids as substrates. The highest yield obtained in this case was 27.9 mg/L, when casamino was replaced by the wheat bran. Finally, we evaluated the effect of kLa in yeast growth and production of the antibody fragment scFv, the results showed that the best condition for the growth of the yeast was 96.12 h-1, on the other hand, the best condition for the production antibody fragment was 12.24 h-1 with a final relation yield of 8.12 mg/L antibody/g/L cell.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

O fragmento de anticorpo scFv foi expresso pela levedura Pichia pastoris recombinante utilizando o promotor AOX1, em presença de metanol, como fonte de carbono e como modelo de expressão. Este anticorpo é considerado uma possível alternativa para o diagnóstico e tratamento da aterosclerose. Foi realizado um estudo inicial da produção do fragmento de anticorpo e do crescimento da levedura com dois bancos de trabalho diferentes, variando a fonte de carbono (glicose e glicerol). Os resultados obtidos demonstraram que as máximas concentrações celulares e a maior produção de anticorpo foram atingidas com o estoque de trabalho mantido com glicerol como fonte de carbono e de preservação. Posteriormente, foi realizado um estudo em shaker e biorreator a partir de um planejamento fatorial completo 23 em que se estudaram as variáveis tempo de indução (24, 28 e 32 horas), temperatura de indução (10, 20 e 30°C), e concentração de indutor (metanol 0,5, 1,0 e 1,5%) sobre a variável resposta produção do fragmento de anticorpo. A única variável que apresentou efeito estatisticamente significativo, com nível de confiança de 95%, foi a concentração de indutor para os dois sistemas de produção. As melhores produções de fragmento de anticorpo foram de 27,8 mg/L em shaker e de 41,3 mg/L em biorreactor. O terceiro estudo consistiu em avaliar a produção do fragmento de anticorpo em shaker pela levedura em distintas fontes de carbono (sacarose, glicerol, glicose e sacarose/glicose 50%). Neste estudo a analise de ANOVA não apresentou diferenças estatísticas significativas. Foi realizado um estudo para melhorar a quantificação do fragmento de anticorpo visando diminuir o número de etapas para evitar perdas no processo. Após obter um novo protocolo para a quantificação, realizou-se um novo estudo para avaliar a produção com as diferentes fontes de carbono. Com a analise dos resultados observou-se que todas as fontes de carbono apresentaram efeitos estatisticamente significativos, sendo que com a sacarose se obteve a maior produção com 93,7 mg/L do fragmento de anticorpo. Estes resultados foram comparados e analisados com observações realizadas ao microscópio da levedura, que demonstraram que a melhor produção de anticorpo foi obtida no momento que a levedura apresentava diâmetros menores que 0,895 µm. Seguidamente foi realizado um estudo para determinar fontes alternativas de carbono e nitrogênio (farelo de arroz e farelo de trigo) para produzir o fragmento de anticorpo, em substituição de subtratos como peptona de caseína e casaminoacidos, a maior produção obtida neste caso foi de 27,9 mg/L quando foi trocado o casaminoacidos pelo farelo de trigo. Finalmente foi avaliado o efeito do kLa no crescimento da levedura e a produção do fragmento de anticorpo scFv, os resultados demonstraram que a melhor condição para o crescimento da levedura foi com kLa 96,12 h-1, por outro lado a melhor condição para a produção do fragmento de anticorpo foi de 12,24 h-1 com relação a produção final de 8,12 mg/L de anticorpo/ g/L de célula. / The scFv antibody fragment was expressed in the recombinant yeast Pichia pastoris by using AOX1 promoter, in the presence of methanol, as carbon source and as a model for expression. This antibody is considered as a possible alternative for the diagnosis and treatment of atherosclerosis. An initial study was conducted in the production of the antibody fragment and the growth of yeast with two different work benches, varying the carbon source (glucose and glycerol). The results showed that the maximum cell concentrations, and the best production of antibody, were achieved with maintained working stock with glycerol as carbon source and preservation. Subsequently, a study was conducted in shaker and bioreactor, from a 23 complete factorial design, in which the variables studied were time induction (24, 28 and 32 hours), temperature induction (10, 20 and 30°C), and concentration of the inducer (methanol 0.5, 1.0 and 1.5%) on the response variable production of the antibody fragment. The only variable that had a statistically significant effect, with a confidence level of 95%, was the inducer concentration for the two production systems. The best yields of the antibody fragment were of 27.8 mg/L for the shaker and 41.3 mg/L for the bioreactor. The third study was to assess the production of antibody fragment into the shaker with the yeast at different carbon sources (sucrose, glycerol, glucose and sucrose/glucose 50%). In this study, the ANOVA analysis did not show statistically significant differences. We conducted planning to improve the quantification of antibody fragment in order to decrease the number of steps to avoid losses in the process. After getting a new protocol for the quantification, we carried out a new study to evaluate the production with different carbon sources. The analysis of the results showed that all carbon sources showed statistically significant effects, among which sucrose obtained the highest yield 93.7 mg/L of antibody fragment. These results were compared and analyzed through a microscope, in which with the observations of the yeast showed that the best antibody production was obtained when the yeast had sizes smaller than 0.895 microns. Next, a study was conducted to determine alternative sources of carbon and nitrogen (rice bran and wheat bran) to produce the antibody fragment in place of casein peptone and casaminoacids as substrates. The highest yield obtained in this case was 27.9 mg/L, when casamino was replaced by the wheat bran. Finally, we evaluated the effect of kLa in yeast growth and production of the antibody fragment scFv, the results showed that the best condition for the growth of the yeast was 96.12 h-1, on the other hand, the best condition for the production antibody fragment was 12.24 h-1 with a final relation yield of 8.12 mg/L antibody/g/L cell.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle.pdf: 2045477 bytes, checksum: e87013d4e9e85c9f4d8686bbb3c0dd6e (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / The researches on second generation ethanol, produced by agroindustrial wastes, have demanded special attention as a possible solution that can contribute to energy sustainability. Such production is based on lignocellulosic fiber conversion (cellulose and hemicellulose), which generates fermentable sugars that are biotransformed in bioethanol after some specific pretreatment and hydrolysis. The industries of extracting oil from sunflower seeds have also generated lignocellulosic residues known as sunflower cake and bran. They can be sources for recycling and profitable alternatives on converting biotechnological products with some trading interest. Thus, this trial aimed at evaluating ethanol production from cellulose and hemicellulose fractions of cake and bran, from the processing of sunflower seeds (Hellianhus annuus). After the description concerning contents of cellulose, hemicellulose and lignin, the residues were submitted to a mild acid hydrolysis with sulfuric acid, whose concentration of H2SO4 varied in 1, 2, 4 and 6% v/v, while times of hydrolysis in autoclave were (20, 40 and 60 minutes). After choosing the best of sunflower residue and treatment to obtain a hemicellulosic hydrolysate with high content of xylose and low content of inhibiting compounds, the detoxified hydrolyzate was fermented by the yeast Pichia stipitis ATCC 58376 at 30 °C with some stirring variations (100, 150 and 200 rpm). In order to obtain ethanol from cellulosic fraction, the remaining solid biomass from acid hydrolysis treatment was delignified at 1% NaOH and submitted to simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) by yeast Kluyveromyces marxianus ATCC 36907, at 38 °C and 150 rpm. The enzymes concentrations varied at 10, 15 and 20 FPU/g of Cellulase complex NS22086 and 1/3, 1.5/3 and 2/3 of β-glucosidase in relation to NS22118 cellulase, both ones from "Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit ". Regarding chemical composition, the cake has shown the following answers: 27.5, 33.16 and 32.18% of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively, while for bran, the answers were: 32.93, 30.90 and 26.62% cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. Treatment of sunflower bran with 6% H2SO4 and 20 minutes of hydrolysis resulted in a hemicellulosic hydrolysate with high concentrations of sugars (24.88 g/L xylose, 22.33 g/L glucose, 8.9 g/L arabinose and lower amounts of toxic compounds (1.59 g/L phenol, 1.93 g/L acetic acid, 0.0182 g/L furfural and 0.0514 g/L hydroxymethylfurfural). The stirring influenced the process of ethanol production by P. stipitis in hemicellulosic hydrolyzate, whose best results (ethanol 8.8 g/L, yield 0.23 g/g and productivity 0.12 g/Lh) were with 200 rpm stirring. In relation to the SSF process, the best conditions for ethanol production were 20 FPU/g cellulase and 15 CBU β-glucosidase. This resulted in 27.88 g/L ethanol, 0.35 g/g yield and 0.38 g/Lh productivity. In the same condition, the best efficiency of enzymatic conversion (EEC) was 21.95%. These are promising results since sunflower bran is available to produce second generation ethanol from both xylose and cellulose / Pesquisas sobre o etanol de segunda geração, produzido a partir dos resíduos agroindustriais, têm recebido atenção especial como possível solução para contribuir na sustentabilidade energética. Tal obtenção consiste na conversão das fibras lignocelulósicas (celulose e hemicelulose) que, após passarem por pré-tratamento específico e hidrólise, originam açúcares fermentescíveis, que são biotransformados a etanol de segunda geração. Por sua vez, o setor de extração de óleo, a partir da semente de girassol, gera resíduos lignocelulósicos, conhecidos como torta e farelo de girassol, que podem ser fontes para a reciclagem e alternativa de lucro a partir da conversão biotecnológica em produtos de interesse comercial. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol a partir das frações hemicelulósica e celulósica da torta ou farelo, provenientes do processamento das sementes de girassol (Hellianhus annuus). Após a caracterização da quantidade de celulose, hemicelulose e lignina dos resíduos, os mesmos foram submetidos à hidrólise ácida branda com ácido sulfúrico, com variações na concentração de H2SO4 (1; 2; 4; 6 % v/v) e tempo de hidrólise em autoclave (20, 40 e 60 minutos). Após a escolha do farelo de girassol como melhor resíduo e do melhor tratamento para obtenção do hidrolisado hemicelulósico com alto teor de xilose e baixo teor de compostos inibidores, o hidrolisado foi destoxificado e fermentado pela levedura Pichia stipitis ATCC 58376 a 30 oC com variações na agitação (100, 150 e 200 rpm). Para obtenção do etanol proveniente da fração celulósica, a biomassa sólida restante do tratamento de hidrólise ácida foi deslignificada com 1% NaOH e submetida ao processo de sacarificação simultânea à fermentação (SSF) pela levedura Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 a 38 oC, 150 rpm, com variações na concentração das enzimas (10; 15 e 20 FPU/g de Cellulase complex NS22086 e 1/3; 1,5/3 e 2/3 de β - glicosidase NS22118 em relação à celulase), ambas do Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit. A torta apresentou 27,5; 33,16 e 32,18% de celulose, hemicelulose e lignina respectivamente, enquanto o farelo apresentou 32,93; 30,90 e 26,62% celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. O tratamento do farelo de girassol com 6% de H2SO4 e 20 minutos de hidrólise resultou em um hidrolisado hemicelulósico com elevadas concentrações de açúcares (24,88 g/L xilose; 22,33 g/L glicose e 8,9 g/L arabinose) e menores quantidades de compostos tóxicos (1,59 g/L fenóis; 1,93 g/L ácido acético, 0,0182 g/L furfural e 0,0514 g/L hidroximetilfurfural). A agitação influenciou no processo de produção de etanol por P. stipitis no hidrolisado hemicelulósico, cujos melhores resultados (etanol 8,8 g/L; rendimento 0,23 g/g e produtividade 0,12 g/L.h) foram encontrados com a agitação de 200 rpm. No processo SSF, as melhores condições para produção de etanol foram 20 FPU/g de celulase e 15 CBU β-glicosidase, resultando em 27,88 g/L etanol, rendimento 0,35 g/g e produtividade 0,38 g/L.h. Nessa mesma condição, foi verificada a melhor porcentagem na eficiência de conversão enzimática - ECC (21,95%). Os resultados são promissores e demonstram que o farelo de girassol é adequado para a produção de etanol de segunda geração tanto a partir da hemicelulose como de celulose

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruna.pdf: 2218151 bytes, checksum: 72c1c9063129258699329dd11860a24c (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / There are currently several studies aiming to convert plant biomass, which offers low cost and high generation in a sustainable and alternative energy source, thus adding economic value to the material. Lignocellulosic fibers, after passing through specific pretreatment of hydrolysis, originate fermentable sugars that can be biotransformed on second-generation ethanol. The breaking of this complex results in two main fractions, the cellulosic and the hemicellulosic fractions. The cellulosic one is still a challenge due to the cost, since it requires a pretreatment with high concentrations of acids and high thermal energy, and an enzymatic treatment too. The hemicellulosic fraction is more easily removable and it is composed primarily of xylose, but this sugar is not easily fermentable by traditional yeasts. The Pichia stipitis yeast has been studied due to its ability to use pentoses, appearing to be promising yeast for further industrial application. For this reason, this work aimed to evaluate fermentation parameters such as pH, temperature and agitation for ethanol production by Pichia stipitis ATCC 58376 in a medium consisting of the hemicellulosic hydrolyzate of sunflower meal, a by-product of sunflower oil extraction. In addition, the effects of inoculum adaptation were evaluated through the cultivation of cells in the hydrolyzed one and the reuse of the cells recovered at the end of the fermentation process. Sunflower meal was subjected to acid hydrolysis with sulfuric acid 6% (m/v), 120 atm in 20 min, resulting in a hemicellulosic hydrolyzate with 8.06 g.l-1 of glucose, 49.93 g.L-1 of xylose, 8.67 g.L-1 of arabinose, 3.55 g.L-1 of acetic acid, 0.031 g.L-1 of hydroxymethylfurfural, 0.033 g.L-1 of furfural, and 0.89 g.L-1 of phenols. The hydrolyzed one was detoxified by pH changes and adsorption with activated carbon to reduce or eliminate compounds formed during the hydrolysis, which are toxic to microbial metabolism. After this treatment, there was a reduction of 58% of acetic acid, and furfural, hydroxymethylfurfural and phenols were not detected in the hydrolyzate. Fermentations were conducted according to a factorial 33- DCCR, with 8 major tests, 6 axial and 3 central, totalizing 17 tests in different conditions of pH, temperature and agitation. Data analysis was performed using the STATISTICA 8.0 program. The tests showed no significant difference between them until the period of 72 hours, since in the test 14 (pH 5.0, 30ºC and 234 rpm) and in the 15, 16 and 17 central points (pH 5.0, 30° C and 150 rpm) it was verified the largest concentrations of ethanol, 13.31 g.L-1 and 13.28 g.L-1 respectively after 84 hours, regardless of the condition of the inoculum preparation. Efficiency and productivity were the same for the last five tests (13, 14, 15, 16 and 17): 0.45 g. g-1 and 0.185 g.l-1 .h-1after 84 hours of fermentation. The optimization of the process led to a final production of ethanol of 13.92 g.l-1, 4.38% higher than test 13, yield equivalent to the theoretical, 0, 51g.g-1, and productivity of 0.165 g.L-1.h-1 after 84 hours of fermentation. / Atualmente há vários estudos com objetivo de converter a biomassa vegetal, a qual apresenta baixo custo e alta geração, em uma fonte alternativa e sustentável de energia, agregando valor econômico à matéria. As fibras lignocelulósicas, após passarem por pré-tratamento específico de hidrólise, originam açúcares fermentescíveis que podem ser biotransformados em etanol de segunda geração. A quebra desse complexo resulta em duas frações principais: a celulósica e a hemicelulósica. A fração celulósica é ainda um desafio devido ao custo, já que esta requer um pré-tratamento com altas concentrações de ácidos e grande energia térmica e ainda um tratamento enzimático. A fração hemicelulósica é mais facilmente extraível e constituída principalmente por xilose, porém este açúcar não é facilmente fermentável por leveduras tradicionais. A levedura Pichia stipitis está sendo muito estudada devido a sua capacidade de utilizar pentoses, mostrando ser muito promissora para aplicação industrial. Por essa razão, este trabalho teve como objetivo avaliar parâmetros fermentativos como pH, temperatura e agitação para a produção de etanol por Pichia stipitis ATCC 58376, em meio constituído de hidrolisado hemicelulósico de farelo de girassol, um sub-produto da extração do óleo de girassol. Além disso, foram avaliados os efeitos da adaptação do inóculo pelo cultivo das células no hidrolisado e o reaproveitamento das células separadas ao final de repetições do processo fermentativo. O farelo de girassol foi submetido à hidrolise ácida com ácido sulfúrico 6% (m/v), 120 atm, por 20 min., resultando num hidrolisado hemicelulósico com 8,06 g.L-1 de glicose, 49,93 g.L-1 de xilose, 8,67 g.L-1 de arabinose, 3,55 g.L-1 de ácido acético, 0,031 g.L-1 de hidroximetilfurfural, 0,033 g.L-1 de furfural e 0,89 g.L-1 de fenóis. O hidrolisado foi destoxificado por alterações de pH e adsorção com carvão ativado, a fim de reduzir e/ou eliminar compostos formados durante a hidrólise, que são tóxicos ao metabolismo microbiano. Após esse tratamento, houve redução de 58% de ácido acético e o hidroximetilfurfural, furfural e fenóis não foram detectados no hidrolisado. As fermentações foram conduzidas segundo um esquema fatorial 33 - DCCR, com 8 ensaios principais, 6 axiais e 3 centrais, totalizando 17 ensaios, em diferentes condições de pH, temperatura e agitação. A análise dos dados foi realizada empregando-se o programa STATISTICA 8.0. Os ensaios apresentaram diferença significativa entre si até o período de 72 horas, sendo que no ensaio 14 (pH 5,0, 30ºC e 234 rpm) e nos ensaios 15, 16 e 17 nos pontos centrais (pH 5,0, 30 ºC e 150 rpm) foram verificadas as maiores concentrações de etanol, 13,31 g.L-1 e 13,28 g.L-1, respectivamente, em 84 horas e independentemente da condição de preparo do inóculo. O rendimento e a produtividade foram iguais para os cinco últimos ensaios (13, 14, 15,16 e 17), 0,45 g.g-1 e 0,185 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação. A otimização do processo levou a uma produção final de etanol de 13,92 g.L-1, 4,38% superior ao ensaio 13, rendimento equivalente ao teórico: 0,51g.g-1 e produtividade de 0,165 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação.